RSA算法在藏文字符加密中的應用

李金合　高定國　孫改新

摘要：信息安全是人們非常關(guān)注的熱點問題，對通用語言的字符加密是保證信息安全的重要手段之一。國內(nèi)外非常注重信息加密的研究，但藏文等少數(shù)民族文字的信息加密尚待開墾。本文在分析RSA算法基本原理的基礎(chǔ)上，編程實現(xiàn)了RSA對藏文字符的加密，通過對藏文字符的加密與解密的測試，證明了RSA算法對藏文字符的適用性和正確性。

[關(guān)鍵詞]信息安全RSA算法藏文

1引言

加密技術(shù)由來已久，早在幾千年以前，人們便學會了用簡單的方法對信息進行加密。隨著時代的發(fā)展與科技的進步，在上世紀四十年代末香農(nóng)發(fā)表了《保密系統(tǒng)的發(fā)展》后，信息安全學科得到了蓬勃發(fā)展，逐步形成了信息安全體系，并從最初的軍事、國防應用，延伸到生活的各個方面。因此，信息的保密性、完整性、可用性變得尤為重要，一旦國家或個人的信息遭到泄露，將會帶來嚴重的財產(chǎn)損失和安全隱患。據(jù)統(tǒng)計，全球每年因信息安全問題造成的經(jīng)濟損失達幾十億美元，因此，信息安全保障體系的建設(shè)迫在眉睫，信息安全最核心問題是對信息的加密。

在目前最流行、最安全的公開密鑰加密算法中，最著名的當屬RSA加密算法。該算法是RonRivest、AdiShamir、LeonardAdleman三人于1977年聯(lián)合提出的，以大整數(shù)分解的難度保證其安全性，經(jīng)受住了近幾十年的攻擊與分析。RSA算法的改進應用非常廣泛，在算法改進方面，提出了對素數(shù)構(gòu)造及素性測試方法的改進和對算法自身步驟的改進兩個方面。在應用方面，首先許金玲在其碩士論文中提出了基于RSA和AES混合的加密系統(tǒng)，接著李寧在其碩士論文中提出了基于DES和RSA混合加密的安全傳輸系統(tǒng)，再趙贊也提出了RSA在FPGA（Filed-ProgrammableGateArray）動態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)安全方面的應用，還有二維碼的防偽技術(shù)等方面的應用。國內(nèi)外對大語種的加密算法研究非常重視和廣泛，但藏文等少數(shù)民族語言的加密研究很少。只有2006年齊愛琴曾在碩士論文中提到的利用對稱加密和非對稱加密算法結(jié)合設(shè)計實現(xiàn)了一個藏漢文身份證信息系統(tǒng)和2007年普措才讓等人提出的基于藏文字符的置換加密算法。近十幾年對藏文字符的加密研究停滯不前，研究藏文字符的加密有很重要的意義。因此，本論文在分析RSA算法原理的基礎(chǔ)上，編程實現(xiàn)了RSA算法對藏文字符的加密。

2RSA算法的理論依據(jù)

公開密鑰加密算法起源于NP完全問題，其算法的安全性在于沒有一個確定的公式求解NP完全問題。RSA算法是第一個較完善的公開密鑰算法，其安全性得到了公認，并一直作為基礎(chǔ)算法供人們研究和使用。RSA算法運行過程主要分為四個部分：公鑰產(chǎn)生、私鑰產(chǎn)生、加密和解密。

2.1公鑰產(chǎn)生

首先隨機選取兩個長度相同、數(shù)值不同的大素數(shù)進行乘積運算得到公鑰n，目前一般采用1024位或2048位公鑰n以保證加密的安全性，然后利用歐拉定理三求得公式（1），再隨機選取加密密鑰e，使得滿足1

2.2私鑰產(chǎn)生

私鑰對由d和n組成，即（d，n）。。其中n為公共密鑰，在“公鑰產(chǎn)生”過程中求出，d則需要根據(jù)計算e對于φ（n）的模反元素，即利用歐幾里得算法（也稱輾轉(zhuǎn)相除法）進行求解。

2.3加密

加密時，根據(jù)“公鑰產(chǎn)生”過程求出的公鑰對（e，n），利用公式（2）對明文進行加密。

2.4解密

解密時，根據(jù)“私鑰產(chǎn)生”過程求出的私鑰對（d，n），利用公式3對密文進行解密。

基于，上述理論，加密和解密兩個階段實質(zhì)上是一個互逆過程，利用公式（3）對密文進行解密就是對加密公式（2）的逆向推導，其合理性由公式（4）的推導進行了證明。

3RSA算法對藏文字符加密

3.1程序的總過程

RSA算法在編程實現(xiàn)時，主要分為兩部分：方法、主程序。方法包括獲取公鑰的方法、獲取私鑰的方法、公鑰加密的方法、私鑰解密的方法。為了適應計算機的局限性和保證編碼的正確性，還需要定義藏文字符編碼為“UTF-8”以及對數(shù)據(jù)分組。

在方法的實現(xiàn)中：

（1）定義“UTF-8”編碼及“RSA”算法。（2）在獲取密鑰的方法中，先定義密鑰對的一個對象，并初始化密鑰長度，然后用KeyPair鍵對保持生成的密鑰對，再分別利用publicKey、privateKey的getEncoded（）方法獲取公鑰和私鑰，再對得到的密鑰用Base64進行編碼后分別傳送給公鑰、私鑰字符串對象，最后用Hash編碼的HashMap集合實現(xiàn)Map接口。

（3）在獲取公鑰方法中，先對Base64編碼的公鑰進行解碼，再經(jīng)X509編碼對公鑰進行規(guī)范，最后得到X509編碼的公鑰。

（4）在獲取私鑰的方法中，先對Base64編碼的私鑰進行解碼，再用PKCS8編碼對私鑰進行規(guī)范，最后得到PKCS8編碼的私鑰。

（5）在公鑰加密方法中，先用ENCRYPT_MODE初始化加密到加密模式的常數(shù)，然后調(diào)用分組加密方法對明文進行加密，并使用Base64編碼。

（6）在私鑰解密方法中，先用DECRYPT_MODE初始化解密到解密模式的常數(shù)，然后調(diào)用數(shù)據(jù)分組方法對Base64編碼的密文進行分組解密。

在主程序中，首先利用Map接口從密鑰工廠獲取1024位的公鑰n，然后利用keyMap.get方法分別獲取公鑰e和私鑰n，接下來需要從外部接收需要加密的明文，接收明文后利用公鑰加密方法對公鑰進行加密并形成密文，再對密文利用私鑰解密方法便可恢復出明文。

3.2加密

在加密過程中，首先需要接收到需要加密的明文，然后利用ENCRYPT_MODE對明文進行一個規(guī)范化處理，將明文的模式適合加密方法，然后將明文開始分組，再利用加密公式對明文分組進行加密，最后得到n個密文分組，再將密文分組連接起來，得到完整的密文，其加密流程圖如圖1。

3.3解密

在解密過程中，首先需要接收到加密的明文，然后利用DECRYPT_MODE對密文進行一個規(guī)范化處理，將密文的模式適合解密方法，然后將密文開始分組，再利用解密公式對密文分組進行解密，最后得到n個明文分組，再將明文分組連接起來，得到完整的明文，其解密流程圖如圖2。

4測試

本文在Windows10操作系統(tǒng)下的JDK1.8版本上利用Java語言對算法實現(xiàn)了編程，主要調(diào)用了Java內(nèi)部的security包、io包、util包、crypto和外部阿帕奇的org.apache.commons.codec.binary.Base64、org.apache.commons.io.IOUtils的jar包。程序運行后，首先在console上打印公鑰和私鑰，然后開始輸入明文進行加密，加密后輸出密文并同時對密文進行解密輸出明文。

本次測試利用的藏文文本如圖3所示。以上藏文文本加密后的密文如圖4所示。程序?qū)σ?，上密文進行解密后藏文明文如圖5所示。

經(jīng)比較，加密前數(shù)據(jù)與解密后的數(shù)據(jù)完全一致，證明了RSA算法對藏文字符加密和解密的適用性和正確性。

5結(jié)束語

加密是信息安全的主要手段，而RSA是加密中性能和安全性都較好的算法。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，RSA算法在各個方面廣泛應用，但沒有人應用在藏文字符等少數(shù)民族信息的加密中。本文實現(xiàn)了RSA算法對藏文字符的加密，希望以后有更多的先進加密算法應用到藏文等少數(shù)民族信息安全中，推動少數(shù)民族信息安全的研究。

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